Quan el so es converteix en llum
2006/07/01 Andonegi Beristain, Garazi - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
Va ser un descobriment inesperat, com molts altres. Dos científics buscaven investigar en sonar i, en un experiment, un recipient ple de líquid va ser sotmès a un emissor d'ultrasons. Van veure petites bombolles en el líquid i en posar en marxa l'emissor d'ultrasons van veure que les bombolles emetien llum, polsos de llum. Això no era el que volien aconseguir, però va ser la primera vegada que es va veure i va descriure la sonoluminiscencia. Aquest mateix fenomen es va veure en 1933 en N. Marinesco i J.J. Trillat en els seus experiments. Els dos científics de l'Académies donis Sciences de París van demostrar que les làmines de fotos s'enfosquien amb l'aigua i aplicant l'ultrasò. Es creu que en aquells experiments es va observar sonoluminiscencia.
Cinquanta anys després, en 1989, el professor de la Universitat Mississipí, Lawrence Crum, i el seu doctorand, Felipe Gaitán, van fer un gran pas en la sonoluminiscencia. Experimentalment van aconseguir induir la sonoluminiscencia d'una sola bombolla. Això els va permetre constantment observar el fenomen en una única bombolla estable i sense interacció. Va ser llavors quan es van adonar que la bombolla per a emetre llum havia de tenir una temperatura interior molt elevada, suficient per a fondre l'acer, d'aquí l'interès per la sonoluminiscencia.
Fonaments de sonoluminiscencia
La sonoluminiscencia es basa en una ona sonora. Una bombolla d'aire a l'interior d'un líquid es contreu i s'expandeix en funció de la pressió que exerceix l'ona sonora. De fet, les bombolles emeten llum quan sofreixen el major nivell de pressió. En aquest moment el seu diàmetre és molt petit, aproximadament d'un micròmetre.
Quant a la intensitat de la llum emesa, encara hi ha una curiositat sense explicació: si s'afegeix una petita quantitat de gas noble al dipòsit d'aigua, la intensitat de la llum augmenta considerablement. Els científics no saben per què, però això és el que passa.
La longitud d'ona de la llum emesa per la bombolla és molt petita, i els científics creuen que l'espectre d'aquesta llum pot arribar fins a l'ultraviolat. Per contra, la freqüència sol ser molt elevada i estable, tret que variï la freqüència de la font d'ultrasons.
Tots dos paràmetres, freqüència i longitud d'ona, són inversament proporcionals. A més, quan la longitud d'ona és petita, la llum té més energia. Per això, els experts asseguren que la temperatura dins de la bombolla oscil·la entre 10.000 i un milió de kelvin, és a dir, entre 9.727 °C i 999.727 °C.
Hi ha científics que diuen haver-ho fet. Recentment R. P. El científic Taleyarkhan va aconseguir la fusió del deuteri amb aquest mètode, segons va publicar en diversos llocs (2002-2005). El deuteri és un isòtop de l'hidrogen. Té un protó i un neutró en el nucli i un electró girant voltant. Taleyarkhan va introduir el deuteri en un dipòsit i va bombardejar les bombolles d'aire amb ones sonores. Si hi hagués fusió, s'ajuntarien dos deuteri i es crearia l'heli. Tal com va assenyalar Taleyarkhan, ho va aconseguir ell, però aquests experiments no han pogut ser repetits ni demostrats fora del seu laboratori, per la qual cosa els seus resultats es qüestionen.
Sense comentaris encara
Independentment de si s'ha aconseguit la fusió o no, tampoc són clars els mecanismes de sonoluminiscencia. Molts creuen que les bombolles no poden mantenir la seva forma esfèrica a pressions tan elevades, la qual cosa provoca la sonoluminiscencia. Molts altres col·loquen punts extremadament calents en el centre de l'emissió de llum, així com col·lisions en el líquid, emissions de la corona exterior de la bombolla, etc. No obstant això, tots accepten que l'emissió de llum té a veure amb la contracció sobtada que sofreix la bombolla per efecte de la pressió.
No obstant això, hi ha dues teories que han estat àmpliament discutides i alhora esteses sobre la sonoluminiscencia.
Segons la físic de la Universitat de Sussex, Claudia Eberlein, la llum és produïda pel buit que envolta la bombolla. El físic compara aquest fenomen amb la llum que es produeix al voltant dels forats negres. Segons la teoria quàntica, el buit està ple de partícules virtuals, però els ràpids moviments entre l'aigua i l'aire converteixen aquests fotons virtuals en fotons reals. Els polsos de llum serien els fotons emesos pel buit que envolta a les bombolles. No obstant això, aquesta teoria té la prova contrària que les propietats de la llum varien amb la introducció de gasos nobles en el dipòsit d'aigua, la qual cosa no hauria de succeir si la llum es produeix.
La segona teoria sosté que els dolls ràpids de líquid que creuen la bombolla produeixen llum a una velocitat de 6.000 quilòmetres per hora. Aquesta teoria va ser publicada pel professor Andrea Prosperetti de la Universitat Johns Hopkins. L'aigua gelada pot emetre llum quan es trenca i, segons aquesta teoria, les altes pressions dins de la bombolla generen estructures en forma de gel. Quan els dolls de líquid creuen la bombolla, aquestes estructures en forma de gel es trenquen provocant l'emissió de fotons.
Segons Prosperetti, la introducció de gasos nobles modifica l'alineació de les molècules d'aigua en aquestes estructures en forma de gel: es produeixen defectes en l'estructura de cristall i es facilita el trencament. Per a demostrar que aquesta teoria és certa, bastaria amb bombardejar les bombolles directament amb un doll ràpid d'aigua en un recipient sense so. Això està per veure.
Aplicacions reals
No obstant això, malgrat el desconeixement dels mecanismes de sonoluminiscencia, s'han investigat ja diverses aplicacions. Per exemple, investigadors japonesos han utilitzat la sonoluminiscencia per a augmentar la influència del catalitzador TiO 2, utilitzat per a depurar l'aigua. Altres investigadors ho utilitzen per a identificar i quantificar metalls. La NASA també té un estudi sobre l'aplicació de sonoluminiscencia per a la fabricació de vehicles espacials més lleugers i assegurances. De fet, volen utilitzar-ho per a la instrumentació i els mesuraments.
Recentment hem conegut l'última aplicació de la mà del centre tecnològic Inasmet. La sonoluminiscencia s'utilitzarà contra el bacteri Legionel·la. I com? Doncs bé, en els conductes de refrigeració de qualsevol edifici existeix aigua, on creixen el bacteri Legionel·la i altres microorganismes. Mitjançant la introducció de bombolles d'aire en aquestes canonades i l'emissió d'ultrasons es pretén netejar les canonades.
D'una banda, al voltant de les bombolles es generen enormes pressions i temperatures que provocaran la mort dels bacteris Legionel·la que es troben en el camí. D'altra banda, s'impulsaran processos d'oxidació en el circuit d'aigua de refrigeració. Aquest estrès oxidant impedeix la creació d'un suport vital per als microorganismes (biofilm), per la qual cosa ni Legionel·la ni altres microorganismes podran instal·lar-se en circuits d'aigua de refrigeració.
L'aplicació ha tingut, per tant, sonoluminiscencias. Però el major interès, per descomptat, està en la possibilitat d'aconseguir una fusió controlada. Per a aconseguir-ho, no obstant això, hi ha molt de camí per recórrer.
